直流測速發(fā)電機(第1章)

控制電機中國礦大信電學院第1章

直流測速發(fā)電機第1章直流測速發(fā)電機1.1直流測速發(fā)電機的工作原理和結構1.2直流測速發(fā)電機的輸出特性1.3直流測速發(fā)電機的誤差和減小方法1.4直流測速發(fā)電機的性能指標及應用1.5直流測速發(fā)電機的應用舉例1.6直流測速發(fā)電機的發(fā)展動向本章要求：熟練掌握直流測速發(fā)電機的工作原理。了解直流測速發(fā)電機的結構和型式。熟練掌握直流測速發(fā)電機的輸出特性。熟練掌握直流測速發(fā)電機的應用。搞清直流測速發(fā)電機的誤差及其減小方法。搞清直流測速發(fā)電機的性能指標。第1章直流測速發(fā)電機1.1直流測速發(fā)電機的原理和結構一、直流測速發(fā)電機的結構NS+-n直流電機定子轉子空氣隙定子鐵心勵磁繞組機殼端蓋電刷電樞繞組電樞鐵心換向器轉軸直流電機的定子直流電機的轉子勵磁方式：電磁式和永磁式直流永磁電機直流永磁電機永磁直流測速發(fā)電機永磁直流測速發(fā)電機2577稀土直流伺服測速機組

用途：在隨動系統(tǒng)中提供驅動力矩和速度反饋信號，本產品已用于某機光學瞄準具隨動系統(tǒng)中。二、直流測速發(fā)電機的工作原理導體ab,cd切割磁力線產生感應電勢，N極下電勢方向由b指向a，s極下導體cd中電勢由c指向d,因此電刷A為正，B為負NS+-nabcdABNS+-nabcdAB當線圈轉動180o,導體cd處于N極下，電勢由d到c

，S極下導體電勢由a到b，仍然A刷為正，B刷為負。電樞連續(xù)旋轉，導體ab.cd輪流交替地切割N極和S極下的磁力線,ab.cd中產生交變電勢，但是換向器的作用，使電刷通過換向片只與處于一定極性下的導體相連接，從而使電刷兩端得到的電勢極性不變，這就是直流發(fā)電機的最基本工作原理。原理動畫1.2直流測速發(fā)電機的輸出特性根據(jù)已學過的直流發(fā)電機的工作原理知，電刷兩端的感應電勢：由上可知：1.電刷兩端的感應電勢與電機的轉速成正比。2.直流發(fā)電機能夠把轉速信號換成電勢信號，從而用來測速。一、基本概念Ea=Ceфn=Ken二、自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機的要求：

1.輸出電壓與轉速的關系曲線（即輸出特性）應為線性。2.輸出特性的斜率要大。3.溫度變化對輸出特性的影響要小。

4.輸出電壓的紋波要小，即要求在一定的轉速下輸出電壓要穩(wěn)定，波動要小。

5.正，反轉兩個方向的輸出特性要一致。三、輸出特性UaEaIaRLUjUa=Ea-IaRaIa=Ua/RL負載時測速發(fā)電機的輸出電壓為：Ea=Ceфn=Ken由直流電機電勢公式得：在圖示正方向下得：nUaRL=無窮大RL1RL2RL1>RL2輸出特性曲線：由上式知：若Φ、RL、

Ra

都能保持常數(shù)，則但隨RL減小，特性斜率變小，實際特性與理論特性間存在誤差。UannUaRL=無窮大RL1RL2RL1>RL2圖中實線為直流測速發(fā)電機理想輸出特性，虛線為實際輸出特性，實際特性與要求的線性特性間存在誤差，且該誤差與負載電阻有關。1.3直流測速發(fā)電機的誤差和減小方法一溫度的影響由于電機周圍環(huán)境溫度的變化以及電機本身發(fā)熱，使電機繞組的電阻發(fā)生變化。溫度t升高，勵磁繞組電阻R增大，磁通ф減小輸出電壓U降低。反之，U升高。UaEaIaRLUjIf

為了減小溫度變化對輸出特性的影響，測速發(fā)電機的磁路應較為飽和。當磁路飽和時，勵磁電流變化引起的磁通變化較小。但是，由于繞組電阻隨溫度變化的變化太大，要使輸出穩(wěn)定，還必須采取措施以減小溫度對輸出特性的影響。減小誤差的考慮：UEIaRLUjIf

(2)如果對于溫度變化引起的誤差要求比較嚴格時，可在勵磁回路串聯(lián)負溫度系數(shù)的熱敏電阻并聯(lián)網(wǎng)絡。具體方法：(1）在勵磁回路中串聯(lián)一個阻值比勵磁繞組電阻大幾倍的附加電阻來穩(wěn)流。UEIaUj附加電阻用溫度系數(shù)較低的合金材料制成，如錳鎳銅合金。雖然溫度升高勵磁電阻增大，但整個勵磁回路的總電阻增加不多。熱敏網(wǎng)絡參數(shù)選擇方法：

1）作出勵磁繞組電阻隨溫度變化的曲線1；

2）作并聯(lián)網(wǎng)絡電阻隨溫度變化的曲線2。曲線1溫度系數(shù)為正;曲線2溫度系數(shù)為負；當兩條曲線的斜率相等，勵磁回路的總電阻就不隨溫度而變化,曲線3。12tR03RR(t)UfRf(t)NS電樞磁場NS主磁場不論轉子轉到哪個位置，電樞導體電流在空間分布情況始終不變，因此電樞磁場在空間是固定不動的恒定磁場。二電樞磁場的影響電樞磁場產生附加去磁作用，負載時的氣隙磁通較空載時小，從而產生誤差。減小誤差的考慮：當負載電阻越小或轉速越高，負載電流就越大，電樞磁場產生的附加去磁作用就越強，磁通被削弱的就越多，輸出特性偏離直線越遠，非線性誤差越大。nUaNS除了以上兩種原因引起輸出特性的誤差外，還有延遲換向去磁、電勢的紋波以及電刷接觸壓降等都會引起輸出特性的誤差，對此在電機中都采用了相應減小誤差的措施。三、其它影響為了減小電樞反應對輸出特性的影響，測速發(fā)電機在使用時，轉速不得超過技術條件中規(guī)定的最大轉速；負載電阻不得小于技術條件給定的電阻值，以保證非線性誤差較小。UEIaUj1.4直流測速發(fā)電機的性能指標及使用一、主要性能指標1、線性誤差在工作轉速范圍內，輸出電壓與理想輸出電壓之差對最大理想輸出電壓之比理論值實測值UmnmaxnbU(V)on2、輸出斜率在額定的激磁條件下，單位轉速（1000r/min）時產生的輸出電壓。3、最大線性工作轉速nmax在允許的線性誤差范圍內的電樞最高轉速。額定轉速就是最大線性工作轉速。4、負載電阻RL保證輸出特性在誤差范圍內的最小負載電阻值。此外，還包括不靈敏區(qū)、輸出電壓的不對稱度、紋波系數(shù)、變溫輸出誤差和輸出電壓溫度系數(shù)等性能指標。二、直流測速發(fā)電機的使用1、直流測速發(fā)電機的選用選用直流測速發(fā)電機時，應根據(jù)其在系統(tǒng)中的用途來選擇。1）當作為運算元件或用于恒速控制時，應著重考慮其線性度和紋波電壓，而對輸出斜率的要求則是第二位的；2）當作為校正元件時，應著重考慮其輸出斜率，而對其其線性度和紋波電壓的要求并不是很嚴格的。2、直流測速發(fā)電機的接線電磁式直流測速發(fā)電機在使用前必須區(qū)別清楚電樞繞組端頭和激磁繞組端頭。S2S1F2F1一般標有F1和F2的為激磁繞組，標有S1和S2的為電樞繞組。如果標記看不清或已脫落，如何判斷？1.5直流測速發(fā)電機的應用舉例直流測速發(fā)電機在自動控制系統(tǒng)和計算裝置中可以作為測速元件、校正元件、解算元件和角加速度信號元件。它可以測量各種機械在有限范圍內的擺動或非常緩慢的轉速。下面以測速發(fā)電機在速度控制系統(tǒng)中作為轉速負反饋元件調節(jié)電動機的轉速，以穩(wěn)定系統(tǒng)的轉速為例，介紹測速發(fā)電機的使用。系統(tǒng)由異步電動機、電磁滑差離合器、測速發(fā)電機和控制電路組成。通過離合器來調節(jié)負載速度。UuUvUwML電磁滑差離合器電樞測速發(fā)電機控制器信號處理電路給定磁極直流勵磁繞組電磁滑差離合器的異步調速系統(tǒng)UuUvUwML電磁滑差離合器電樞測速發(fā)電機控制器信號處理電路給定磁極直流勵磁繞組電磁滑差離合器的電樞與異步電動機同軸旋轉，其中有短路繞組；磁極與負載同軸旋轉，其中的勵磁繞組通入直流電流，在離合器的磁路中產生磁通。電樞旋轉時，其繞組切割氣隙磁場，感應電勢，產生電流，該電流與氣隙磁場作用就產生電磁轉矩，使磁極和負載隨著電樞向同一個方向旋轉。S2N2n1Tem1N1S1n2Tem2電磁滑差離合器的電樞旋轉時，其繞組切割氣隙磁場，感應電勢，產生電流，該電流與氣隙磁場作用就產生電磁轉矩，使磁極和負載隨著電樞向同一個方向旋轉。UuUvUwML電磁滑差離合器電樞測速發(fā)電機控制器信號處理電路給定磁極直流勵磁繞組調節(jié)電磁滑差離合器的勵磁電流，可以調節(jié)電磁轉矩的大小，從而可以控制磁極和負載的速度。電磁滑差離合器的電樞與磁極必須有轉差，才能產生電磁轉矩，所以叫電磁滑差離合器。電磁滑差離合器的機械特性TemnIf1If2If3If4<If4<If3<If2If1TL機械特性特點：1、勵磁固定時，負載轉矩增加，轉速下降很大，即特性軟。2、勵磁電流越小特性越軟。3、對恒轉矩負載，電磁滑差離合器本身的調速范圍小。為了提高特性的硬度擴大調速范圍，需要采用速度負反饋構成的閉環(huán)系統(tǒng)。由于負載的變化而引起的轉速變化由速度負反饋系統(tǒng)進行自動調節(jié)，使轉速維持恒定。調速范圍可達10：1。該系統(tǒng)采用測速發(fā)電機檢測速度，來構成速度負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。改變速度給定控制信號，就可以得到不同的閉環(huán)特性，從而實現(xiàn)調速。UuUvU